廣西大新錳礦充填法應(yīng)用研究

潘承武，張麗云，段志偉

(中信大錳礦業(yè)有限責任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新 532315)

0 前 言

廣西大新錳礦是中信大錳礦業(yè)有限責任公司的直屬礦山，位于廣西大新縣下雷鎮(zhèn)境內(nèi)。1999年開始進行地下試采，在南部礦段24線～28線、+380～+460 m范圍內(nèi)主要采用平硐開拓，淺孔留礦法回采礦石，年產(chǎn)碳酸錳原礦5萬t。2007年經(jīng)中冶長天國際工程有限責任公司設(shè)計，在+340 m中段進行地下開采，針對13線～28線、+340～+380 m范圍內(nèi)礦段，進行扇形中深孔崩礦留礦法試采實驗，年生產(chǎn)能力達到30萬t/a。所使用的扇形中深孔崩礦留礦法為礦山的增產(chǎn)做出了巨大貢獻，但此采礦方法留下了許多礦柱無法回收(主要為間柱和底柱)，綜合回收率一直在 60%～70%之間徘徊，造成礦產(chǎn)資源損耗浪費。

近年來金屬錳、電解二氧化錳等深加工項目的不斷上馬，使得碳酸錳原礦供不應(yīng)求，且原礦價格一路逐步回升，為充填法應(yīng)用于碳酸錳開采領(lǐng)域提供了一定的經(jīng)濟條件。為滿足深加工項目對原礦的需求，提高資源的利用率，同時解決地表塌陷與地壓安全問題，充填法的應(yīng)用研究變?yōu)闃O其重要。

1 礦山地質(zhì)

大新錳礦礦床成因?qū)俅笮蜏\海相沉積碳酸錳礦床，礦床為近東西走向的向斜構(gòu)造，東西長9 km，南北寬2～2.5 km。礦體呈層狀產(chǎn)出，共分3層，層位穩(wěn)定，期間有兩層夾石。自下而上稱為：Ⅰ礦層、夾一、Ⅱ礦層、夾二、Ⅲ礦層[1]。3個礦層總體厚度為7～8 m左右。頂板為泥質(zhì) 灰?guī)r、泥質(zhì)巖，底板為硅質(zhì)巖。+200 m標高以上礦體多為急傾斜，傾角65(°)～90(°)不等，礦巖松散系數(shù)為1.57，自然安息角為50(°)左右，碳酸錳礦石體重平均為3.14 t/m3，巖石比重為2.7 t/m3，礦巖硬度普氏系數(shù) f=10～12。地質(zhì)構(gòu)造簡單，圍巖中等穩(wěn)固，完整性較好。

2 原采礦方法

大新錳礦地下開采的主要采礦方法為淺孔留礦法、淺孔留礦法與扇形中深孔崩礦留礦法。其中，淺孔留礦法的采礦效率較低，所占的比重也很小?，F(xiàn)主要介紹淺孔留礦法與扇形中深孔崩礦留礦法結(jié)合采礦方法。

2.1 礦塊構(gòu)成要素

礦塊沿礦體走向布置，礦塊長60 m，礦體寬為礦體厚度，高為60 m，頂柱4 m，底柱6 m，間柱7 m。

2.2 采切工程

運輸巷沿礦體走向脈外布置，從運輸巷往礦塊兩端掘進穿脈巷道，再從穿脈巷道向上掘進天井劃分礦塊。從天井往采場掘進聯(lián)絡(luò)道，天井尺寸為2 m×2 m。采用平底受礦電耙底部結(jié)構(gòu)，將電耙道從底板提升2 m脈內(nèi)布置。從電耙道兩壁掘進斗穿，再把斗穿擴漏成漏斗，進而形成拉底巷道。

2.3 鑿巖爆破

用YT-28氣腿式鑿巖機鑿巖爆破拉底3 m左右，留礦充填漏斗并平整場作為中深孔崩落法的鑿巖巷，在鑿巖巷向上施工扇形中深孔。爆破前在礦房一端先形成切割槽，作為中深孔的爆破自由面。選用乳化炸藥，人工裝藥，采用微差爆破技術(shù)，以毫秒導爆管雷管的段別進行微差控制，每次爆破2～4排中深孔。中深孔打眼采用國產(chǎn)YGZ-90型氣動鑿巖機和相應(yīng)的TJ25臺架。

2.4 出礦

礦石通過漏斗口溜到電耙平巷，電耙平巷的東端口設(shè)置成有利于礦車裝運的漏斗口，用電耙將礦石耙入2 m3的礦車，再運至硐口堆礦場地。利用10噸電機車牽引1列10輛礦車出礦，其中穿脈巷道端部距離放礦漏斗15 m左右，以利于礦車出入裝運礦。初期放礦時，放出的礦量不能超過一次崩礦量的1/3，留下的礦石以利于下次崩礦時產(chǎn)生擠壓效果，并有保護圍巖及起到墊層緩沖之用。

1 運輸平巷；2 天井；3 穿脈巷道；4 中深孔鑿巖巷道；5 聯(lián)絡(luò)道；6 上部回風平巷；7 電耙道；8 放礦口；9 電耙硐室

圖1 淺孔留礦法與扇形中深孔崩礦留礦法結(jié)合的采礦方法

3 原采礦方法存在的問題

原采礦方法工藝簡單，出礦穩(wěn)定，為礦山穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)作出了巨大貢獻。但技術(shù)經(jīng)濟指標比較差，回采率低，貧化率高。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1)底柱、部分間柱礦石難以回收，造成回收率低。

原采礦方法設(shè)計留底柱6 m，頂柱4 m，間柱7 m。頂柱可以隨礦房正常落礦回采，間柱設(shè)計回采1/3，底柱設(shè)計在下一中段回采，但實際受地質(zhì)條件制約，礦柱無法按設(shè)計回采，因此浪費了大量的礦石。其中，底柱和間柱無法回收是造成礦石回收率低的主要原因。此外，礦體形態(tài)變化大，導致依靠礦石自重放礦時在漏斗頂部存在大量的殘留礦體難以放出。

2) 廢石混入多，貧化率大。

由于采準巷、穿脈等采切工程均布置在廢石中，一方面造成出坑廢石量大，增加運輸提升成本。另一方面，由于礦體斷層、褶皺多，為提高礦石回收率，必須開挖礦脈下盤的圍巖，加之中深孔爆破控制的范圍大，控制精度差，必然產(chǎn)生較大的貧化。再者，礦體和圍巖均為層狀，層理面發(fā)育，極易冒落，特別是斷層和褶皺處，因此造成礦石貧化大。

3) 井下存在大量采空區(qū)，對井下采場和井上露天開采造成安全隱患。

地采自1999年開采至今，采空的礦房大多都是以敞空形式存在。大量的采空區(qū)給井下的采場和地表的露天開采造成了較大的威脅，地表采空區(qū)已有幾處出現(xiàn)塌陷。深部開采也會受到地壓問題，產(chǎn)生巖爆、冒頂?shù)奈ｋU[2]。雨季地表水易滲漏到井下，對深部礦房回采構(gòu)成安全問題,同時增加抽水費用。

4 充填采礦法應(yīng)用

充填法主要用在開采高品位、高價值的礦石。隨著科技的不斷進步，充填采礦法已發(fā)展成為高效的采礦方法之一。在我國的黃金礦山、有色礦山應(yīng)用較為普遍，部分黑色礦山和稀有金屬礦山也得到應(yīng)用。山東招遠河東金礦采用上向進路膠結(jié)充填采礦法，采場綜合生產(chǎn)能力達到83 t/d，礦石回采率達到 81.2%～94.1%，貧化率為 9.6%～9.8%。云南楚雄礦冶公司六苴礦采用分段空場嗣后充填法，采場生產(chǎn)能力達800～1 200 t/d，最終損失率為15%～18%，最終貧化率為6%～10%。大新錳礦礦床具有礦體厚，品位高的特點，礦產(chǎn)品經(jīng)濟效益好，適合用空場法回采后的嗣后充填采礦方法。

4.1 人工底柱充填回采

按原采礦方法工藝基本要素形成礦塊，將底部結(jié)構(gòu)改用人工假底鋪設(shè)。在完成電耙道后，將電耙道與拉底巷道之間受礦漏斗部分的5 m礦脈先回采完，再鋪設(shè)鋼砼假底，用水泥與尾礦膠結(jié)充填而成。參考同類礦山參數(shù)，混凝土假底總厚度1 000 mm以上，底部鋼筋保護層厚度100 mm，混凝土標號C15～C20(假底厚度及砼標號視礦體厚度和品位而定)，鋼筋網(wǎng)采用Φ14 mm 的螺紋鋼鋪成，網(wǎng)度(20～30)mm×(20～30)mm，搭結(jié)部位用6號鐵絲扎牢。在拉底層上下盤圍巖中以網(wǎng)度0.6 m鑿入Φ18 mm螺紋鋼錨桿(L=118 m)，鋼筋網(wǎng)與Φ18 mm 螺紋鋼錨桿焊接，為確保假底的整體性和穩(wěn)定性，混凝土在采場內(nèi)直接拌制，并整平、振實。鋪好假底并適當養(yǎng)護后，即可進行正常回采。

4.2 人工間柱充填回采

同一水平礦塊生產(chǎn)均為后退式回采，在兩礦塊間柱形成天井后，準備進行后一礦塊切割天井時，先回采兩礦塊間柱與構(gòu)筑人工間柱。先回采間柱底部4 m礦脈，用水泥與尾礦膠結(jié)充填，預(yù)留天井與后面礦塊的切割天井，以天井作為溜井安裝臨時漏斗、人工放礦，從穿脈巷裝車出礦。以天井為自由面淺孔鑿巖爆破，由下往上分層 2～3 m進行回采，利用天井作為膠結(jié)體的通道，向上式分層充填，每回采一層間柱礦脈，都要及時用水泥與尾礦膠結(jié)充填，逐層澆筑形成人工間柱、天井與切割天井。此工藝工序轉(zhuǎn)換頻繁，勞動強度大，施工艱難，但是容易為工人掌握。

4.3 采空區(qū)嗣后充填矸石

礦房出礦完畢后，利用礦房上部的采準巷作為出入口，利用井下掘進的矸石進行回填[3]。與露天采場相連接的礦房，上部間柱直接采通地表，然后露天直接回填，效率較高，費用更少，充填效果更好[1]。采用矸石充填與膠結(jié)充填相結(jié)合處理的采空區(qū)，能有效控制礦山地壓，防止塌陷。此充填效率高，工藝簡單，便于操作，勞動強度較低，充填成本低。

5 結(jié) 語

空場嗣后充填法提高了采礦回收率，降低了貧化率，礦產(chǎn)資源利用率高，解決了采空區(qū)造成的安全隱患，經(jīng)濟效益顯著，是一種有廣闊發(fā)展前景的采礦方法。對深部復雜礦脈的回采有指導作用，對礦山安全生產(chǎn)，資源回收等具有發(fā)展促進意義。 隨著礦山開采深度逐漸增大，為提高礦石回采率和保護生態(tài)環(huán)境的需要，充填采礦法的應(yīng)用比重將會有所增加，并向高效化方向發(fā)展。高濃度全尾膠結(jié)充填、泵送膏體膠結(jié)充填將有較大的發(fā)展，礦山無尾排放的目標將隨充填技術(shù)的不斷進步和充填材料的更新得以真正實現(xiàn)，空場法與充填法的組合采礦技術(shù)將得到推廣應(yīng)用。